高中物理如何培养学生的逻辑思维能力

作者:未知

  摘 要:高中是对学生思维能力进行培养的关键时期。新课程改革明确指出,提高学生逻辑思维能力是培养学生核心素养的关键,高中物理教师更应该高度重视。作者结合自身多年教学实践,对如何培养学生物理逻辑思维能力提出了几点建议,仅供参考。
  关键词:高中物理;逻辑思维能力;核心素养
  中图分类号:G633.7 文献标识码:A 收稿日期:2019-02-16 文章编号:1674-120X(2019)13-0082-02
  一、引言
  逻辑思维能力是利用已知概念予以全面判断和准确推理,并对事物本质予以科学揭示的理性思考过程。高中物理作为高中最难学的一门学科,以逻辑性强著称,因而可以有效地培养学生的逻辑思维能力。
  然而,很多高中学生只知课本知识,生搬硬套物理公式,对稍难一点的物理题目则无从下手,这说明学生逻辑思维能力差,分析不出具体的物理过程,对题目中的已知条件间的逻辑关系把握不清。
  为了真正提高学生的物理学习成绩,让其形成核心素养,高中物理教师在教学过程中必须有意识地培养学生的逻辑思维能力。
  二、精设课堂问题,培养学生的逻辑思维能力
  课堂45分钟,能否吸引学生,能否一直让学生保持旺盛的求知欲,是课堂教学的关键点。教师可以通过精巧的层层设问,有意识地引导学生进入物理教学情景中,调动学生的学习积极性,从而促使其逻辑思维能力的提高。
  例如,在《运动的合成与分解》课堂教学中,笔者精心设计了一系列悬念来激发学生的探索欲望:①水静止,小船船头与对岸垂直航行,这时小船的运动轨迹是什么?②船静止,水流动,那么其运动轨迹是如何的?③假设小船船头与对岸相垂直,且自身保持一定的速度,河水也具有一定的速度,这时小船的运动轨迹是什么?这一系列的问题之间具有一定的逻辑性,教师应引导学生对这些问题进行深入研究思考,找出合运动与分运动之间的逻辑关系,从而掌握运动的合成与分解。
  又如,在《带电粒子在电场中的偏转》教学中,课堂一开始我就抛出三个问题:①初速为0的电子在电压为U1的加速电场中怎样运动?②电子以v0垂直射入电压为U2的偏转电场,其偏转距离y和偏转角θ是多少?③初速为0的电子经过①的加速电场再射入②的偏转电场,偏转距离y和偏转角θ又是多少?学生经过思考与讨论后能很快找到三个问题紧密相扣的逻辑关系,能在较简单的第①问计算出其速度作为第二问的初速度,在第②问中结合平抛运动的知识,得出第③问的结论:y=LU2/4dU1,tanθ=LU2/2dU1。经过这样的训练后,我的每届学生遇到带电粒子在电场中的偏转的题,都几乎是满分,这样既解决了教学上的一个大难点,又提高了学生逻辑思维能力。
  三、趣讲物理学史,培养学生的逻辑思维能力
  由于现阶段广东省的高考物理以理综的形式进行,考试容量和时间相对有限,对物理学史的考查也相对较少。在平时的教学中,教师一般都注重主干知识的训练,忽略了物理学史的教学。高中物理所涵盖的物理学史中有许多运用逻辑思维的例子。
  比如在《研究自由落体运动》中,为了让学生明白伽利略的逻辑推理过程,先假设亚里士多德的观点是对的,然后再把大石头和小石头用细线绑在一起,让学生分组讨论现在下落是快了还是慢了。学生基本上会得出两种结论:①大石头会被小石头拖着而减慢速度;②两块石头綁在一起,重力比大石头要大,下落应该比大石头还要快。得出两个完全矛盾的结论,证明了亚里士多德的观点是错误的。这也让学生体会到了严密的逻辑推理的强大,同时也体会到“以汝之矛攻汝之盾”的巧妙。
  再如讲卢瑟福的α粒子散射实验本来是为了证明汤姆森的“枣糕”模型,最后反而却成了推翻“枣糕模型”最有力的证据,得到了原子的核式结构。先让学生熟悉散射实验的三个结论:①绝大多数α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进;②有少数α粒子发生了较大的偏转;③有极少数α粒子的偏转超过90°,有的甚至几乎达到180°而被反弹回来。然后引导学生回答为什么绝大部分仍沿原来的方向:因为原子内绝大部分必须是空的。为什么少数α粒子发生了较大的偏转?答:原子内部有一体积很小的微粒(原子核),且必须带正电。再问:为什么极少数反弹?答:中间的微粒不光体积小,而且质量还要大,就好像对心碰撞一样。最后问:原子为什么是中性的?答:电子绕核旋转,且质量必须非常小(否则不可能大部分α粒子穿过金箔后仍沿原来的方向)。于是,原子的核式结构自然而然地形成于心中。
  事实证明,学生通过这一系列的物理学史的学习,既培养了学习物理的兴趣,也提高了逻辑思维能力。
  四、巧做分组实验,培养学生的逻辑思维能力
  实验教学本身要求科学思维具有严密的逻辑性,从某种意义上讲,逻辑思维能力是学生科学素养的一个重要标志。在实验探究活动中,大多数教师更注重学生的操作以及实验的完整性,教师先对整个实验详细讲解一遍,并仔细讲清注意事项、误差分析,学生只需要照做就行,达不到探究和拓展思维的目的。高中物理探究实验中包含了不可忽视的逻辑思维方法,可以很好地培养学生的逻辑思维能力。
  例如,在《探究加速度与力、质量的关系》分组实验中,教师提出几个问题,让学生思考:①可以不平衡摩擦力吗?②当小车质量改变时还需要再平衡摩擦力吗?③有办法可以不用沙和沙桶的质量远小于小车质量这个条件吗?对第①问,学生经过最简单的逻辑思维会回答用气垫导轨来做,摩擦力几乎是零,当然不用平衡。但是第②问对学生逻辑思维要求稍高,学生必须想到本实验平衡摩擦的本质是用重力的沿斜面方向的分力来平衡摩擦力。即mgsinθ=μmgcosθ,小车的质量被消掉,与其无关,这也是高中物理模型中斜面模型一个最典型的特点。
  但第③问对学生的逻辑思维要求有一个质的飞跃,首先学生要明白为什么沙和沙桶的质量要远小于小车质量,也就是本实验的最关键之处,要找加速度与合外力的关系,谁是合外力?教材里是把沙和沙桶的总重力当作小车受到的合外力,但学生稍一思考就会发现有问题。平衡摩擦力后,小车的合外力其实就是绳子的拉力,如果拉力等于沙和沙桶的总重力,沙和沙桶就应处于平衡状态,做匀速直线运动,而小车做匀加速运动,明显不符合实验事实。教师引导学生弄明白小车和沙桶的加速度大小是一致的,学生就会运用牛顿第二定律分别对小车和沙桶列方程。对小车:T=ma;对沙和沙桶:mg-T=ma,得到T=。所以只有当m<<M,T=mg,才能把沙和沙桶的总重力当作小车受到的合外力。弄清了这一点,大部分学生都能回答在绳子上串一个力传感器或者弹簧测力计,直接读出合外力。但逻辑思维更好一些的学生会想:操作性不强,就算能做,误差也大,能否换一种方式来提供小车的合外力?教师可以再引导学生:n个共点力平衡,去掉其中一个力,余下所有力的合力一定跟去掉的这个力大小相等,方向相反。我们可以反过来,把有定滑轮的一端垫高,沙和沙桶通过绳子跨过定滑轮连在小车上,调节木板倾角,让小车沿长木板匀速下滑从而拉动沙桶匀速上升,小车受力处于平衡状态。取下沙桶,让小车沿木板加速下滑,测出沙和沙桶的总重力,此力就等于小车下滑的合外力,就不再需要m<<M这个条件了。   经过由易到难的层层推理,既让学生明白了实验原理,还巧妙地改良了教材的实验方法,也使他们的探究能力和逻辑思维能力得到了提升。
  五、广泛联系生活实际,培养学生的逻辑思维能力
  物理知识源于生活,教师在教学中要广泛联系生活实际,这样既能让学生理解物理知識,又能有效地培养其逻辑思维能力。
  例如,在学习闭合电路的欧姆定律时,可以让学生想一下,家里的电灯深夜时的亮度与傍晚时有何区别?善于观察的学生都知道深夜时比较亮,教师可以让学生思考这是为什么。学生首先必须分析出深夜时工作的电灯比傍晚减少,其次要知道家庭电路都是并联,还要知道并联电路中电灯减少会导致整个并联电路的总电阻变大,更进一步,必须知道根据闭合电路的欧姆定律,外电路电阻增加,分得的路端电压就越大,所以电灯就越亮。这对学生的电学知识和逻辑思维能力要求都比较高。
  再如,学习牛顿第二定律的应用时,用喝完水的矿泉水瓶装满水,在里面留一个小气泡,平放在讲台上。问学生:拉着水瓶匀加速前进时,气泡相对于水瓶将怎样运动?学生会出现各种不同的回答,教师立即拉动,让学生们看到气泡是相对瓶向前运动的。此时学生会怀着极大的兴趣去思考为什么会这样。教师引导学生思考:如果没有气泡,水是满的,结果会怎么样?学生都会回答水会和瓶一起向前加速。再问:水和气泡有什么不同呢?学生会回答:质量不同。再问:同样体积的水和气泡周围的水对它们的作用力一样吗?学生会回答:当然一样。此时,大部分学生能得出原因:力相同,而气泡的质量较小,所以加速度大,气泡相对瓶会向前运动。
  六、结语
  总之,对高中生而言,逻辑思维能力是学好物理学科的关键,物理教师应真正意识到这一点,并创新教学方式来提高学生逻辑思维能力,最终促使学生形成核心素养,得以全面发展。以上是笔者在培养学生逻辑思维能力过程中一些不太成熟的做法,欢迎各位同行批评指正。
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